(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を走査して得られる信号を積算して、積算画像を形成する荷電粒子線装置の信号処理方法において、 前記積算信号を形成するのに必要なフレーム数、１の走査領域におけるフレーム数、及び走査領域の数の少なくとも２つと、当該走査領域間の距離を設定し、前記設定される走査領域の数、或いは前記積算信号を形成するのに必要なフレーム数及び前記１の走査領域におけるフレーム数の設定に基づいて求められる走査領域の数に応じて、前記設定された走査領域間の距離に基づく走査位置の移動を行うことによって、前記荷電粒子線を試料上の異なる視野位置に走査し、当該異なる視野位置の走査によって得られた画像信号を積算して、前記積算画像を形成することを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理方法。
【請求項２】
請求項１において、  前記荷電粒子線の走査は、前記試料上の異なる位置に存在する設計データ上、同一形状のパターンに対して行うことを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理方法。
【請求項３】
請求項１において、  前記積算によって得られた画像信号に基づいて、前記荷電粒子線の焦点調整，位置合わせ用画像の形成、及び／又は前記試料上に形成されたパターンの測定、或いは検査を行うことを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理方法。
【請求項４】
請求項１において、  前記荷電粒子線の走査は、前記試料上の異なる位置に存在する設計データ上、同一形状のパターンに対して行われると共に、当該同一形状のパターンは、前記試料上に形成された繰り返しパターンであることを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理方法。
【請求項５】
請求項１において、  前記荷電粒子線の走査は、前記試料上の異なる位置に存在する設計データ上、同一形状のパターンに対して行われると共に、当該同一形状のパターンは、ラインパターンであることを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理方法。
【請求項６】
荷電粒子線を走査して得られる信号を記憶する記憶媒体と、当該記憶媒体に記憶された信号を積算する演算装置を備えた荷電粒子線装置の信号処理装置において、 前記積算信号を形成するのに必要なフレーム数、１の走査領域におけるフレーム数、及び走査領域の数の少なくとも２つと、当該走査領域間の距離を設定する設定装置を備え、  前記演算装置は、前記設定される走査領域の数、或いは前記積算信号を形成するのに必要なフレーム数及び前記１の走査領域におけるフレーム数の設定に基づいて求められる走査領域の数に応じて、前記設定された走査領域間の距離に基づく走査位置の移動を行うことによって、前記荷電粒子線装置を試料上の異なる視野位置にて走査し、当該異なる視野位置の走査によって得られた画像信号を積算して、前記積算信号を形成することを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理装置。
【請求項７】
請求項６において、  前記荷電粒子線の走査は、前記試料上の異なる位置に存在する設計データ上、同一形状のパターンに対して行うことを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理装置。
【請求項８】
請求項６において、  前記積算によって得られた画像信号に基づいて、前記荷電粒子線の焦点調整，位置合わせ用画像の形成、及び／又は前記試料上に形成されたパターンの測定、或いは検査を行うことを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理装置。
【請求項９】
請求項６において、  前記荷電粒子線の走査は、前記試料上の異なる位置に存在する設計データ上、同一形状のパターンに対して行われると共に、当該同一形状のパターンは、前記試料上に形成された繰り返しパターンであることを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理装置。
【請求項１０】
請求項６において、  前記荷電粒子線の走査は、前記試料上の異なる位置に存在する設計データ上、同一形状のパターンに対して行われると共に、当該同一形状のパターンは、ラインパターンであることを特徴とする荷電粒子線装置の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置のための信号処理方法，信号処理装置に係り、特に、複数の信号を積算し、当該積算信号に基づいて、パターンの測定等を行う信号処理方法、及び信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上で走査して試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。このような荷電粒子線装置では、年々高分解能化が進んでおり、高分解能化とともに必要とされる観察倍率が高くなっている。また、試料像を得るためのビーム走査方法には、特許文献１に説明されているように、複数回の走査で得られた複数の画像を積算して最終の目的画像を得る方法がある。【０００３】
一方、近年、半導体の表面の微細加工は一層の微細化がすすみ、フォトリソグラフィーの感光材料として、例えばフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光に反応するフォトレジスト（以下「ＡｒＦレジスト」と呼ぶ）が使われている。ＡｒＦレーザ光は波長が１６０ｎｍと短いため、ＡｒＦレジストはより微細な回路パターンの露光に適しているとされている。しかし、ＡｒＦレジストは、電子線照射に対して大変脆弱で、形成されたパターンに対し、電子ビーム走査すると、アクリル樹脂等が縮合反応をおこし体積が減少（以下「シュリンク」と呼ぶ）して、回路パターンの形状が変化してしまうことが知られている。【０００４】
ＡｒＦレジストに代表される試料上のパターンのシュリンクを抑制するために、電子ビームの走査線間間隔を拡張し、走査領域のＸ方向の長さに比べて、Ｙ方向の長さを長くすることによって、走査領域を長方形とし、試料上の単位面積当たりの照射量を抑制する手法が、特許文献２に説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００３／０４４８２１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００３／０２１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に説明されているように、複数の画像を積算することによって、Ｓ／Ｎ比の良い画像等を形成することができるが、積算枚数が増加すると、その分、シュリンク量等が増加する。このようなシュリンク等に対し、特許文献２に説明されているように、Ｙ方向の倍率を下げることで、単位面積当たりのビーム照射量を抑制することが考えられる。しかしながら、この手法は、走査線間間隔方向（Ｙ方向）に走査領域を拡張する必要があるため、Ｘ方向とＹ方向のエッジの信号量の比率が変化する。特に円形パターン（例えばコンタクトホールなど）では縦横の形状が変化する可能性もある。更に焦点合わせのために画像を形成する場合には、倍率の低い方向への鮮鋭度等が低下するため、視野（Field Of View：ＦＯＶ）の縦横の倍率は一定にすることが望ましい。【０００７】
以下に、Ｘ方向及びＹ方向の倍率（或いはＸ方向とＹ方向の走査領域の長さ）を一定に維持しつつ、単位面積当たりのビーム照射量を抑制することを目的とする信号処理方法、及び荷電粒子線装置等に用いられる信号処理装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、異なる位置における複数の画像を積算して、画像を形成する信号処理方法、及び信号処理装置を提案する。具体的な一例として、試料上に形成された同一、或いは類似の形状の繰り返しパターンを、視野を移動することによって取得し、取得された信号を積算することにより、画像（或いは信号波形）を形成し、当該画像を用いて、測定等を実行する信号処理方法、及び信号処理装置を提案する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、荷電粒子線の走査に基づいて形成される信号波形、或いは画像の形成を、単位面積当たりのビーム照射量を抑制しつつ、高精度に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】測定／検査条件設定から、測定／検査に至るまでの処理工程を説明するフローチャート。
【図２】ラインパターンに複数のＦＯＶを設定した例を説明する図。
【図３】複数のホールパターンに複数のＦＯＶを設定した例を説明する図。
【図４】焦点合わせ処理工程を説明するフローチャート。
【図５】位置合わせ条件の設定工程を説明するフローチャート。
【図６】位置合わせ処理工程を説明するフローチャート。
【図７】画像積算工程を説明する図。
【図８】ＦＯＶの移動量を計算する手法を説明する図。
【図９】ＦＯＶの移動軌道の類型を説明する図。
【図１０】ＦＯＶ間の距離算出法の一例を説明する図。
【図１１】ＦＯＶの一部が重畳した例を説明する図。
【図１２】ＦＯＶの一部が重畳した場合の解決法を説明する図。
【図１３】同一／類似パターン群の端に配置されたパターンに基準ＦＯＶを設定するときの積算用ＦＯＶの設定法を説明する図。
【図１４】同一／類似パターン群に積算用ＦＯＶを設定する手法を説明する図。
【図１５】基準ＦＯＶと積算用ＦＯＶを取得する工程を説明する図。
【図１６】複数の測定装置を含む計測システムの概要を説明する図。
【図１７】走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図１８】画像取得条件設定用のＧＵＩの一例を説明する図。
【図１９】画像取得工程の一例を説明するフローチャート。
【図２０】走査電子顕微鏡用のレシピ作成プロセス例を示すフローチャート。
【図２１】レシピ設定用ＧＵＩ画面の一例を説明する図。
【図２２】パターン測定の処理プロセスを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
近年、半導体素子の高集積化及び微細化に伴い、微細なパターンを高速に、正確に検査する技術が重要になっている。しかしながら、パターンの微細化とハードウェアの性能限界から、現状では何段階かの倍率にて画像処理技術を用いて位置合わせを行い、最終的に測長倍率にて正しい位置にて焦点のあった状態の画像を取得するようなシーケンスにて処理を実行し、測長を行っている。
【００１２】
例えば、何段階かの倍率及び位置にて特徴的なパターン（参照画像）とその位置、を記憶しておき、実際の検査画像とのパターンマッチングを行うことによりその位置を自動で検知し、最終的に計測する微細パターンの位置を検出する。
【００１３】
更にウェハの高さの変化などによる像質の劣化を防ぐために、パターンの自動或いは手動での焦点合わせの処理も行っている。それら参照画像の情報と、測定条件（例えばライン幅を測定する、ホール径を測定する、などの情報）や、焦点合わせの情報（パターン検出位置からどの程度離れた位置で、どの程度の倍率で、どのような方法で焦点合わせを実行するか、などの情報）をセットにして保存しておく。
【００１４】
各段階での位置合わせ／測長を行う際のシーケンスを以下に説明する。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の１つである走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を例に採って説明するが、これに限られることはなく、例えば、ヘリウムイオンや液体金属イオン等のイオンビームを試料に照射するイオンビーム装置への適用も可能である。
【００１５】
図１は装置の条件設定から、測定に至るまでのプロセスを説明するフローチャートである。まず、測定条件，画像（或いはプロファイル）取得条件を設定する。ここでは、例えば測定用画像の倍率，取得位置（座標），測定点数や、焦点合わせ，位置合わせを行うための条件等を設定する。このような条件は後述するレシピとして登録される（（１）画像条件の設定）。
【００１６】
次に、上記ステップで設定された条件に基づいて、焦点合わせを行う位置に、ＳＥＭの視野を移動し、その位置にて焦点合わせを行う。焦点合わせ処理の一例として、対物レンズの励磁電流や印加電圧、或いは試料への印加電圧を変化させることで、焦点を一定間隔で変化させ、その際に得られる信号（例えば画像）に基づいて、画像の鮮鋭度等の焦点評価値を求め、その値が最大となった画像を、焦点が合った画像と判断し、そのときの印加電流、或いは印加電圧を、レンズ等の制御値として設定する（（２）焦点合わせ処理）。
【００１７】
次に、所定の測定、或いは検査条件にて、適正に測定、或いは検査を行うための位置合わせ処理を行う。ここでは、半導体デバイスの設計データ等、或いはＳＥＭ画像等に基づいて、予め画像を形成し、当該画像による位置合わせ（例えばテンプレートマッチング）を行う。一般的な手法としては、事前に参照画像或いは設計情報を設定（登録）しておき、実際の画像との相関を算出し、相関値が最大になった位置を“検出すべき位置”としてその位置に合わせる（（３）位置合わせ処理）。
【００１８】
そして、最終的に測長やその他の検査を行うシーケンスであれば、測長或いはその他の検査や、画像保存画像処理を行う（（４）測長などの処理）。ここでは、簡単のため、“画像”という言葉を使用しているが、それぞれ各処理を実行するための信号情報を取得する処理に対応するものであり、必ずしも画像情報である必要はない。
【００１９】
一般的には、電子線照射による測定パターンへの影響を考慮し、（２）の処理と（３），（４）の処理は別の位置で実行することが望ましい。また、（３）実行時の位置はその装置の位置精度や（３）の前処理として実行される低倍のパターン検出の精度により位置が想定した場所からずれている場合もあり、その場合は（４）を精度よく実行するために、位置を補正して再度画像取得処理を実行する場合もある。
【００２０】
ここで、焦点合わせや測定・検査位置での画像（信号）の取得においては、同一のＦＯＶ内にて複数回電子線のスキャンを行い（この１回辺りのＦＯＶの電子線照射を以後“スキャン”とする）、例えば４フレーム或いは８フレーム分同一のＦＯＶにて電子線照射した信号を重畳することによりその位置での画像（或いは信号）とする。複数回スキャンを行い、画像を作成することで、画像のノイズを軽減して安定した測定・検査を行うことができる。
【００２１】
一方、試料に対する複数回の走査は、以下のような現象を生じさせることがある。図１の例では、焦点調整等の光学条件調整，位置合わせ、及び測定のために、画像や波形信号（以下、画像等と称することもある）を複数回、取得する。その際に、同一位置にて電子線を継続して照射することにより、パターンへのダメージを与え、シュリンクと呼ばれるパターンが収縮してしまう現象や、コンタミネーションと呼ばれる、パターンに不純物が付着することにより見かけ上パターンが太くなってしまうような現象が発生する場合がある。
【００２２】
これらの現象により、測定される結果が正しくない、或いは測定に使用するパターンそのものの形状を変化させてしまい、測定する対象の最終的な性能などに影響を与えてしまう、などの可能性がある。
【００２３】
ここでのシュリンク／コンタミネーションといった現象の影響頻度は、計測するパターンの素材や照射する電子の量，電子線の照射時間などによって変化するが、いずれの場合でも一般的には照射する電子量及び照射時間が長くなるほど上記現象が顕著になり、パターンそのものの形状を変化させてしまうため、その影響を最小にする必要がある。
【００２４】
以下に、シュリンクやコンタミネーションのような現象の発生を抑制するために、その処理に使用するパターンが、一定範囲に複数の類似パターンが存在する中の一部のであるようなパターンを対象として、図１に示す処理のうち（２）焦点合わせ処理，（３）位置合わせ処理，（４）測定などの処理、の各工程において、位置を移動しながら画像等を取得する手法を説明する。
【００２５】
移動しながら画像等を取得することによって、所定個所に対する過度の電子ビーム照射を抑制することができるため、シュリンクやコンタミネーションの発生を抑制することが可能となる。上記画像等の取得工程にて、同一位置で画像等を取得するか、位置を移動しながら画像等を取得するか等、或いは位置を移動しながら実行する際の位置を移動する距離や回数，時間間隔などの条件は、任意の設定を可能とすることが望ましい。これらの条件は手動で設定しても良いが、シーケンス条件を登録する際に併せて記憶しておくことによって、自動で処理を実行することが可能となる。
【００２６】
図１に例示した画像等の取得プロセスを実行するに当たり、装置の位置精度、及び観察対象の製造精度（設計データでの位置，形状と実際に形成されているパターンの位置・形状の違いなど）を考慮し、まずは光学顕微鏡や金属顕微鏡などを使用し、１００倍−５００倍程度の倍率にて画像を取得した上で、所定の処理を実行する。
【００２７】
光学顕微鏡を用いた位置合わせ等は、後述の、測定・検査工程での処理の精度を向上するためのものであるため、例えば最終的な測定位置が、広い範囲での繰り返しパターンで形成されていて、そのうちのどこかの場所を測定すれば良い（すなわち、あまり高い位置精度を必要としない）場合には、本処理は省略しても良い。
【００２８】
次に、１０００倍〜２００００倍程度の倍率で画像を取得する。このような倍率にて取得された画像等を用いて、焦点合わせ、或いは非点補正等の光学条件調整、及び／又は位置合わせの処理を行う。これらの処理も、必要に応じて行えば良く、必ずしも実施の必要はない。
【００２９】
上述のような装置条件調整、及び位置合わせ処理を経た上で、測定，検査の処理を実行する。
【００３０】
本実施例にて説明する信号処理方法（画像等の形成方法）は、図１に例示する各プロセスにおける種々の倍率の画像を形成する際に適用が可能である。図２は、ラインパターンの複数個所での電子ビーム走査に基づいて得られた信号を用いて積算画像を形成する例を説明する図である。図２（ａ）は縦方向（Ｙ方向）に延びるラインパターンの一例を説明する図である。この例では、基準となるＦＯＶに対する電子ビーム走査によって得られた画像信号と、当該基準のＦＯＶと同じラインパターンであって、別の位置に対する電子ビーム走査によって得られた画像信号を積算する。基準のＦＯＶ内のパターンと、別の位置のパターンは、設計データ上、同一形状のパターンであり、且つ製造工程を経た上でも、形状が極めて類似していると考えられるため、基準のＦＯＶ内で複数回走査して得られた信号を積算した画像と実質的に同一の画像を形成することができる。
【００３１】
また、Ｘ方向（横方向）或いはＹ方向の一方の倍率を、他方の倍率に対して変化させなくても、単位面積当たりの電子ビームの照射量をコントロールすることができるため、シュリンク等の発生を抑制しつつ、縦横の倍率を一定にした画像を形成することが可能となる。なお、異なる位置の画像信号の積算を実行する際には、各画像信号間の位置合わせの上で画像を積算するようにすると良い。図２（ｂ）は、横方向に延びるラインパターンの一例を説明する図である。このようなパターンに対しても、上述の視野移動を伴う画像積算法の適用が可能であり、ラインパターンに沿って、基準となるＦＯＶと異なる位置のＦＯＶが設定される。
【００３２】
上述のような画像積算法を、測定，検査，位置合わせ、或いは光学条件調整に用いるためには、事前に各ＦＯＶの位置情報（或いは基準ＦＯＶに対する相対位置）を登録しておき、当該登録情報に基づいて、視野移動を行うよう制御装置によってＳＥＭを制御する。なお、上述のような画像積算法を、位置合わせ処理に適用する場合、その参照画像（テンプレート）を事前に登録する。
【００３３】
図２に例示するようなパターンであれば、縦或いは横方向にパターンが繰り返し存在していると考えられるので、その間隔はＦＯＶと同等と考えて良い。この間隔は任意の設定が可能であるが、ＦＯＶ同士が重なると、重畳部分の電子ビーム照射量が増大するため、ＦＯＶの中心位置と、隣接するＦＯＶの中心位置との距離を、ＦＯＶの幅、或いは高さ以上に設定することが望ましい。
【００３４】
図３は、近隣（低倍率画像内）に繰り返しパターンが連続して存在する例を説明する図である。図３（ａ）に例示するパターンの場合、ラインパターンと異なり、Ｘ方向及びＹ方向共に、積算のためのＦＯＶの候補が存在するため、この例では、３×３の視野で画像信号を取得し、９枚の画像信号を積算する。なお、図３（ａ）では、隣接したＦＯＶが一部重畳しているが、１つのＦＯＶ内に収めるべきパターンの大きさと、シュリンク等の許容量に応じて、部分的に重畳するようにしても良い。特に、ＦＯＶの数が増える程、１つのＦＯＶに対する照射量を減らすことができるため、ＦＯＶの大きさの選択の自由度を優先して、ＦＯＶの部分的な重畳を許容することも可能である。
【００３５】
また、図３（ａ）のようなパターンに対し、ＦＯＶ同士を重畳させないようにするためには、事前にＦＯＶの分だけ、或いは任意の量分，位置をずらして画像を取得し、ずらす前の画像との位置ずれ量を測定する等の手法で、ＦＯＶ間の間隔を算出し、当該算出結果をＦＯＶ取得時の移動量として登録する。例えば、初期位置のＦＯＶを設定し、設計データ、或いは倍率を下げてパターンの間隔を手動で計測するなどの方法で、パターン間隔を算出、設定する。
【００３６】
ＦＯＶ同士が重畳しないように画像信号の取得位置を設定した場合であっても、ハードウェアの性能に起因する位置精度な不足などにより、想定した位置からずれてしまう可能性がある。その場合、位置移動して電子線を照射する際に、一部のみ複数回電子線照射してしまうことにより後述の問題が発生する可能性があるので、ＦＯＶよりも少し大きめに間隔を設定すると良い。ここでのαに設定する目安としては、装置の位置精度と同等かそれ以上の数値である。
【００３７】
また、図３（ｂ）のようなパターンの場合、設計データからその間隔を取得するか、または倍率を下げて画像を取得することにより、その間隔を算出できる。図１０は、積算に供する画像を取得する際に用いられる各ＦＯＶ間の距離（間隔）を求める手法を例示している。例えば、位置合わせ処理に用いられる参照画像登録処理において、測定・検査時の画像取得条件ではＦＯＶに一つのユニークなパターンが存在している場合がある（例えば図１０（ａ））。このパターンの周囲に同一、或いは類似のパターンが存在している場合は、ＦＯＶの大きさを大きくし（ＳＥＭの倍率を下げて）、周囲のパターンがＦＯＶに含まれるようにする（例えば図１０（ｂ））。このようにＦＯＶの大きさを大きく設定した上で、基準となるＦＯＶと、周囲のパターンを含むＦＯＶとの間隔を算出し、登録しておく（例えば図１０（ｃ））。ＦＯＶ間の間隔は、例えばホールパターンの中心間の距離を、ＦＯＶの大きさと、当該ホール中心間の画素数から求めるようにしても良いし、設計データを参照できるのであれば、設計データ（例えばＧＤＳデータ）を参照して、両者間の距離を求めるようにしても良い。
【００３８】
但し、位置を複数回移動して電子ビームを照射する際に、装置の位置精度に依存して、その位置の一部が重複してしまい、複数回電子線が照射されてしまうケースが想定される。この重複について図１１を用いて説明する。
【００３９】
図１１（ａ）は、５つのホールパターンが含まれるＦＯＶを例示している。本例では、このＦＯＶは点線で囲まれた５つのホールパターンの測定を行うために取得される。このとき、ＳＥＭの位置精度の低下、或いはＦＯＶ間の距離（視野移動距離）をＦＯＶより小さく設定することによって、隣接するＦＯＶが重複する可能性がある。例えば、視野移動距離をＦＯＶより小さく設定した場合、図１１（ｂ）の斜線部のように、測定位置のＦＯＶと移動後の位置のＦＯＶとで重なる部分が発生する。この重なっている部分は、測定位置の画像取得と、位置移動後の画像取得で２回電子線照射を行うことになる。測定位置の電子線照射の状況をみると、ＦＯＶ内５点の測定点の内、左下の点（図１１（ｃ）の斜線部）のみが重複走査される。ＦＯＶ内の他の４つの測定点では電子線照射は１回のみとなり、測定位置の電子線の照射状況が異なることになる。電子線照射によりシュリンクやコンタミネーションなどの現象が発生するようなサンプルの場合、測定結果の不安定さにつながるため、測定対象パターンへの電子ビーム照射量を一定にすることが望ましい。
【００４０】
複数の測定点における電子ビーム照射量を均一にするための視野移動量決定法を、図１２を用いて説明する。算出するパターンの間隔がＦＯＶ（Field Of View）よりも小さい場合には、像をその間隔分ずらして像取得した際に一部の領域が重なって複数回電子ビームが照射されることになり、シュリンクやコンタミネーション付着のような現象を誘発する可能性がある。特に図１２（ｂ）の例の場合、斜線部分に対し、電子ビームを重複走査することになるため、シュリンク等の発生の可能性が高くなる。よって、図１２（ａ）に例示するような基準ＦＯＶの周囲に、積算用の他のＦＯＶを設定する際には、両者間の間隔を少なくともＦＯＶと同等かそれ以上の数値にしておくことが望ましい。例えば、基準ＦＯＶと積算用の他のＦＯＶとの間隔がＦＯＶの１.５倍程度となるような設定を行い、その周辺にてＦＯＶの１／２の範囲で位置合わせを行うようにすれば、視野が重なることは無い。但し実際には、各位置に移動する際の装置の移動精度を考慮して、図１２（ｃ）に例示するように、ＦＯＶの１.５倍＋α分程度は距離を離しておくことが望ましい。例えば、図１２（ｃ）ではＦＯＶ間の間隔をＦＯＶの１.５〜２.０倍の任意の値としている。図１２に例示するような同一、或いは類似パターンが等間隔で配置されているようなパターンの場合は、基準ＦＯＶに対し、直近のＦＯＶを積算用のＦＯＶとして選択してしまうと、２つのＦＯＶが重なる可能性があるため、１つ飛ばして積算用ＦＯＶの位置を設定すると共に、ＦＯＶの１／２の範囲でパターンサーチを行うことを考慮して、１.５倍以上、２.０倍以下の間隔を視野移動範囲として設定することが望ましい。重複走査は図２に例示するようなラインパターンでも起こり得るため、上記積算用ＦＯＶの決定法は、ラインパターンへの適用も可能である。
【００４１】
上述のようなパターン形状及び類似するパターン間隔の情報は、図４に例示する焦点合わせ処理、或いは図５で示す位置合わせ用条件の登録処理を実行する際に、参照画像及び測定条件と共に記憶しておき、手動或いは自動で計測する際に利用できるようにしておく。実際に測定を行う際には、例えば、以下のような処理を実行する。
【００４２】
図１に例示するような処理を実行するに当たり、参照画像とその存在間隔，焦点合わせ処理とその間隔が記憶されているので、その情報を使用して焦点調整，位置合わせ、或いは測定等の処理を実行する。高倍率にて図１に例示するような処理を実施する際に、例えば位置合わせの後に、再度位置補正及びスキャンを実行しないようにする（すなわち位置合わせに取得する画像がそのまま測定に使用される場合）ためには、位置合わせ用の画像を取得する前にスキャン枚数を再設定し、位置を移動しながら画像を取得し、それらの画像を積算して測定用の画像を作成する。また、測定・検査処理とは異なる位置で位置合わせ処理を実施する、などの処理の組合せにより、測定・検査位置での電子線照射量を最小にしつつ、高い位置精度にて測定・検査用画像（信号）を取得できる。
【００４３】
一般的に画像の取得は、例えばあるＦＯＶ（Field Of View）の領域を複数回スキャンして、それらの情報を積算して画像を生成する。１回のＦＯＶをスキャンした際の情報を１フレーム画像として、複数フレーム（例えば４，８，１６）の情報を積算することで、ノイズ量を軽減し、観察や測定に使用する画像を生成している。
【００４４】
本方式では、例えば最終的に８フレームの画像を取得したい場合には、例えば測定位置周辺８か所の類似パターン位置に移動し、それぞれ１フレームの画像を取得するか、或いは４か所で各２フレームの画像を取得して積算して測定用の画像を作成する。
【００４５】
画像の取得方法は、例えば図２（ａ），（ｂ）のようなパターンであれば、上下，左右に一定間隔で移動し、像を取得すればよい、図３（ａ），（ｂ）のようなパターンの場合には、例えば測定位置を中心として時計回り或いは反時計回りに位置を移動しながら画像を取得し、取得した画像のフレーム数の合計が、取得したい画像のフレーム枚数の合計に等しくなった時点で位置の移動を終了し、画像を積算する。位置を移動する際には、参照画像登録時に取得した画像の繰り返しの間隔を使用して、できるだけ画像が重なる面積が広くなるようにする。また、位置を移動しながら画像を取得する際に、初期位置がずれていることで、位置を移動した際にある位置でパターンがない場合には、その位置の画像は使用せず、異なる位置に移動するか、或いは各箇所ごとのフレーム枚数を増やすことで合計のフレーム枚数が所望のフレーム数になるようにする。
【００４６】
上述のような手法によれば、主に繰り返しパターンにおいて各領域における電子線照射量を軽減しつつ測定までのシーケンスを実行することが可能となる。これらの一連のシーケンスを記憶しておき、例えばウェハ内の複数位置において前述処理を連続実行して測定／検査を行う。以下に高倍率にて図１に例示するような処理を実行する際の、本実施例の適用例を記載する。本高倍率測定処理の前処理にあたる複数倍率での焦点合わせ，位置合わせ処理にも適用可能である。
【００４７】
まず、測定条件の設定を行うために、測定するパターンに移動し、測定条件（フレーム枚数，測定方式，その他測定パラメータ）を設定する。その後、位置合わせに使用する参照画像と位置，位置合わせ用のパターン検出条件などを設定する。このとき、測定画像及び位置合わせ用の画像が、それぞれ繰り返しパターンの一部であり、それぞれ周囲に類似のパターンが存在することを前提とする。
【００４８】
測定対象となる可能性のあるパターンは、以下の５種であると考えられる。第１に、図２（ａ）に例示する縦方向のラインパターン（縦方向の密集ラインパターン、或いは単独のラインパターンを含む）、第２に図２（ｂ）に例示する横方向のラインパターン（横方向の密集ラインパターン、或いは単独のラインパターンを含む）、第３に図３（ａ）に例示する１つのＦＯＶの中に存在する複数の繰り返しパターン（例えばホールパターンなど）第４に図３（ｂ）に例示するＦＯＶ内には一つしか存在しないが、その周囲に類似パターンが存在するパターン、そして図３（ｃ）に例示するＦＯＶ周辺に同一或いは類似のパターンが存在しないパターンである。
【００４９】
本実施例は、主に第１〜第４のパターンへの適用が有効である。対象とするパターンが上記カテゴリのどれに属するか、に関しては、以下のいずれかのような手法で前情報として取得しておくと良い。前情報としての取得方法は、図１の処理以前に実施してもよいし、或いは図１の（１）〜（４）の各処理の中で実施しても良い。設定の方法としては以下が考えられる。まず、使用者が事前に選択する、他に設計データの情報から自動或いはユーザが手動で判別する、或いは既知のパターン判定方法などで判別する、等である。
【００５０】
上記のようなパターン種類の判定法に基づいて、パターンの種類を特定した後の測定等のための条件設定法を以下に説明する。
【００５１】
（１）ＦＯＶの移動回数，条件の決定
まず、ＦＯＶの移動回数と各箇所での画像のフレーム枚数を設定する。例えば測定／検査用に最終的に取得する画像のフレーム枚数を８とした場合、（１フレーム）×（８か所）、或いは（２フレーム）×（４か所）などの設定を行う。その上で、必要に応じて各位置でのフレーム枚数を変更する。この場合、例えば５箇所でそれぞれ２，２，１，１，２フレームの画像を取得することも可能だが、本例では簡単のため各箇所でのフレーム枚数は同一とする。
【００５２】
そのほか倍率などの条件も設定する。例えば１／２の倍率で画像を取得しておき、画像処理にて拡大処理を実行し測定／検出倍率での画像としても良いが、簡単のため同一倍率とする。その他、各形状における移動方法と移動距離を記憶する必要がある。移動方法及び移動距離に関しては、それぞれパターンの形状によって選択可能とする。
【００５３】
次に、パターンの種類ごとの移動方法及び移動距離の決定方法の例を説明する。ここでの注意点として、基本的には移動前後でＦＯＶ（Field Of View）が重ならないように動作することが重要である。その点では最低限ＦＯＶ分だけ移動すればよいが、実際には装置の位置移動精度にも依存するので、ＦＯＶ＋αの間隔で移動するように設定する。焦点合わせ処理のように、画面内に対象パターンが存在していれば、その位置が多少ずれていても性能に問題ない場合には単にＦＯＶ＋α移動すれば良い。
【００５４】
（２−１）第１，第２のパターンの場合
ここでは、各位置に移動する場合の移動距離を設定する。この設定は、例えばＧＵＩ（Graphical User Interface）にて、パターンと関連付けて記憶しておく。図２（ａ）にて例示したパターンの場合は縦方向の上下いずれか、図２（ｂ）にて例示したパターンの場合には左右のいずれかに前述の一定の間隔で移動し、所望の枚数で画像取得を行えばよい。但し密集パターンであり周辺にも類似のパターンが存在する場合などは、後述する手法を適用しても良い。
【００５５】
（２−２）第３のパターンの場合
第１及び第２のパターンと同様に、移動する回数と各箇所でのフレーム枚数を設定した上で、開始位置を中心として時計回り、或いは反時計回りに移動し、画像を取得する。
【００５６】
（２−３）第４のパターンの場合
例えば倍率を１／３に下げて画像を取得し、周囲に類似パターンがあるかどうかを判定し、ある場合には各位置への距離を計算しておく。
【００５７】
上記例示したような手順により、高倍の測定条件と位置合わせ用の参照画像の条件登録が終了する。
【００５８】
次に、焦点合わせ処理に関して、自動焦点合わせ（オートフォーカス）の概要と、オートフォーカスにて視野移動を伴う画像取得を行う際の具体的な処理ステップを、図４を用いて説明する。図４は、オートフォーカスの処理ステップの一例を説明するフローチャートであり、図４左図は、視野移動を伴わない場合のオートフォーカスステップ、図４右図は、視野移動を伴うオートフォーカスステップを説明している。まず、両オートフォーカスステップに共通する（Ｆ−１）〜（Ｆ−７）について説明する。
【００５９】
（Ｆ−１）初期条件の保存
開始時の焦点位置条件（対物レンズの励磁電流，印加電圧，リタ−ディング電圧）を保存しておく。自動焦点合わせは、例えば画像のフレーム枚数を限定したり、位置合わせなどとは別の場所，倍率などで実行することが想定されるので、処理終了時に元の条件に戻せるように、処理の最初に記憶しておく。
【００６０】
（Ｆ−２）焦点合わせ条件の設定
焦点合わせは、後述するように、固定のフレーム枚数（一般的には位置合わせや測定処理よりも少ないフレーム枚数の画像を使用することが想定される）や自動焦点合わせ実施倍率の条件を設定する。対象パターンに対してある特定の回転などを設定した後実行することなどもあるので、それらの条件も設定可能とする。
【００６１】
以下、（Ｆ−３）から（Ｆ−６）までの処理を、焦点が合うまで繰り返す。
【００６２】
（Ｆ−３）焦点をずらす
一定の範囲にて焦点をずらす。
【００６３】
（Ｆ−４）画像（信号）の取得
（Ｆ−３）にて焦点をずらしつつ、画像或いは信号を取得する。
【００６４】
（Ｆ−５）評価値計算
（Ｆ−４）で取得した画像（信号）をもちいて評価値を計算する。評価値を計算する方法としては、微分処理によるエッジ量を算出し評価値とするような手法が考えられる。
【００６５】
（Ｆ−６）焦点が合っているかどうかの判定
（Ｆ−５）で算出した評価値を用いて、焦点が合っているかどうかを判定する。焦点が合っている状態である場合には処理を終了し、焦点があっていないと判断された場合には（Ｆ−３）の処理に戻る。
【００６６】
（Ｆ−７）焦点のあった状態で初期条件に戻す
（Ｆ−６）処理にて焦点のあった状態が決定できた場合には、焦点のあった状態にて、Ｆ−１で保存しておいた初期条件（画像のフレーム枚数，倍率，回転など）に戻す。
【００６７】
次に、視野移動を伴う画像取得に基づくオートフォーカス特有の（Ｆ−８），（Ｆ−９）について説明する。
【００６８】
（Ｆ−８）位置移動要否判定
前述の位置移動回数、及び同一箇所での電子ビーム照射量（或いは回数）の制限などから、位置を移動する必要があるかどうかを判定する。位置移動が必要な場合には、（Ｆ−９）の処理を行う。
【００６９】
（Ｆ−９）視野位置を移動
前述パターン形状などに応じて位置を移動する。移動方法及び移動距離などに関しては前述のようにパターン形状などに応じて事前に登録しておいた方法にて動作する。
【００７０】
（Ｆ−５）の評価値計算を、基本的に微分計算によるエッジ量などとする場合には、焦点合わせに実行するパターンが、そのＦＯＶ内に存在していれば、その位置が多少ずれていても評価値計算には問題ないと思われるが、正確な位置の調整が必要な場合には、例えば位置合わせ用の参照画像を事前に取得しておき、（Ｆ−９）で位置移動した後に位置合わせを行っても良い。
【００７１】
また、（Ｆ−３）の焦点をずらす処理に関しては、装置の特性や焦点のずらす方法などによっては、例えば位置移動直後に焦点をずらすことで像が安定しない場合なども想定されるため、（Ｆ−８）及び（Ｆ−９）の処理は、例えば（Ｆ−４）と（Ｆ−５）、或いは（Ｆ−５）と（Ｆ−６）の間で実行しても良い。
【００７２】
次に、位置合わせ処理に関して、位置合わせ処理の概要と、位置合わせ処理にて視野移動を伴う画像取得を行う際の具体的な処理ステップを、図５，図６を用いて説明する。なお、このステップで取得した画像は、測定／検査処理への適用も可能である。
【００７３】
位置合わせ処理において最終的に測定／検査処理に使用する画像（信号）が取得され、測定／検査処理にて再度画像が取得される場合には測定／検査処理にも適用可能である。
【００７４】
図５は、位置合わせ条件設定工程を説明するフローチャートであり、図５左図は、視野移動を伴わない場合の位置合わせ条件設定工程、図５右図は、視野移動を伴う位置合わせ条件設定工程を説明している。まず、両オートフォーカスステップに共通する（Ｒ−１）〜（Ｒ−２）について説明する。
【００７５】
（Ｒ−１）測定用画像（信号）・測定／検査条件の設定
実際に測定するパターンに移動し、測定する画像の条件（倍率，フレーム枚数，測定条件など）を設定する。
【００７６】
（Ｒ−２）位置合わせ用画像（信号）の登録，位置合わせ用条件の設定
位置合わせ用の位置に移動し、その条件を登録する。
【００７７】
位置合わせ用の画像（信号）の倍率，フレーム数，Ｒ−１で登録した測定位置との位置関係，位置合わせ方式などを設定する。
【００７８】
電子線の照射による測定対象への影響や、測定時にある程度の位置精度が必要であれば、Ｒ−１とＲ−２で使用する位置はそれぞれ重ならないような異なる位置で設定することが望ましい。
【００７９】
次に、視野移動を伴う画像取得に基づく位置合わせ条件設定工程（Ｒ−３）について説明する。
【００８０】
図５右図の（Ｒ−１）及び（Ｒ−２）の処理は図５左図で説明する処理と同一であるが、図５右図のフローチャートでは（Ｒ−１）で測定画像を取得したあとに、（Ｒ−３）にてＦＯＶの移動方法及び移動量の算出を行う。
【００８１】
（Ｒ−３）測定用画像取得時の移動方法，移動量の算出
測定用条件を取得する際に、測定用画像のパターン形状などの情報から、移動方法や移動量を算出する。例えば測定対象とするパターンが図３（ａ）に例示するような繰り返しパターンで構成されている場合、図７，図８に例示するような手法により、移動量の算出を行う。この場合の移動方法の例としては、図９に例示するような、開始点を中心とした時計回り或いは反時計回り、上下、等の移動方法が考えられる。
【００８２】
開始点から一度下に移動し、その後に反時計回りに移動する際の例を図８に示す。図において中央の点線にて示す領域を開始点（最終的な測定／検査点を含む視野）とし、開始点から下方に向かって、一点鎖線で示す位置に視野を（Δｘ，Δｙ）移動する。この際の移動距離はＦＯＶと同等でも良いし、事前に定義しておいても良い。この位置の画像を第１の画像とする。
【００８３】
開始点の画像（信号）を、位置合わせの参照画像として記憶しておき、第１の画像と位置合わせ行い、ずれ量を算出する。算出した位置ずれ量を加味し、参照画像と第１の画像（補正後）とのずれ量を（Δｘ１′，Δｙ１′）として記憶しておく。その後、次の位置（本例の場合右側）に移動し、第２の画像を取得し、参照画像とのずれ量を（Δｘ２′，Δｙ２′）として記憶しておく。
【００８４】
上述の処理を、位置移動回数（積算に必要なフレーム数）分実行し、参照画像と各位置との位置ずれ量を記憶しておく。これらの情報はそれぞれ位置合わせ情報として纏めて記憶しておく。また、ＦＯＶ間の重畳を回避するために、（Δｘｎ′，Δｙｎ′）はそれぞれＦＯＶの幅と高さよりも大きく設定する必要がある。
【００８５】
図６は、位置合わせステップの一例を説明するフローチャートであり、図６左図は、視野移動を伴わない場合の位置合わせステップ、図６右図は、視野移動を伴う位置合わせステップを説明している。まず、両位置合わせ処理に共通する（Ｄ−１）〜（Ｄ−４）について説明する。
【００８６】
（Ｄ−１）位置合わせ用条件の設定
位置合わせ用条件登録処理にて登録された位置合わせ用の条件（位置，参照画像，倍率，像の回転などの情報）に設定する。
【００８７】
（Ｄ−２）位置合わせ用画像（信号）取得
位置合わせに使用するための画像を取得する。
【００８８】
（Ｄ−３）測定用条件設定
測定用画像取得のための条件（位置，倍率，像の回転，測定条件）などを設定する。
【００８９】
（Ｄ−４）測定用画像（信号）取得
測定用の画像（信号）を取得する。（Ｄ−１）位置合わせ用条件と（Ｄ−３）測定用条件が同一の場合には、（Ｄ−３）及び（Ｄ−４）の処理は省略できる。また、（Ｄ−１）と（Ｄ−３）の条件が同一であっても、測定時の画像（信号）の位置を高精度に取得したい場合には、（Ｄ−２）で位置合わせした際の位置ずれの情報をもちいて、位置を補正した上で（Ｄ−４）の処理を行う場合もある。
【００９０】
次に、視野移動を伴う画像取得に基づく位置合わせ工程（（Ｄ−５）〜（Ｄ−８））について説明する。
【００９１】
（Ｄ−５）位置移動要否判定
位置を移動しながら画像取得を実施するかどうかの情報を事前に登録しておき、位置移動を実行するかどうかを判断する。位置移動しない場合には（Ｄ−４）処理に移行する。位置を移動する際には、フレーム数も再設定する。
【００９２】
（Ｄ−６）視野位置を移動
登録処理にて事前に取得されていた情報に従い、位置を移動する。
【００９３】
（Ｄ−７）画像（信号）取得
（Ｄ−６）にて移動した位置にて、低フレームでの画像を取得する。
【００９４】
（Ｄ−８）積算用画像取得完了判定
積算用の画像取得が完了したかどうか判断する。基本的には測定用画像を積算するためのパターンが存在する画像のフレーム枚数の合計が、測定用画像に設定されているフレーム枚数と一致したかどうかを判断する。条件を満たさない場合には（Ｄ−６）の処理に戻る。
【００９５】
（Ｄ−９）測定・検査用画像積算処理
（Ｄ−６）〜（Ｄ−８）にて取得した画像を積算し、測定用の画像を作成する。この場合、単純に積算しても良いが、装置の位置精度や、測定するプロセスの形状変動などの影響が懸念されるので、取得した画像間で再度位置合わせを行い、積算画像を作成することが望ましい。また、位置合わせ処理（Ｄ−２）においても、（Ｄ−５）〜（Ｄ−６）の処理を適用することは可能である。
【００９６】
ここで、（Ｄ−６）での位置合わせを高精度に実現し得る手法について、図７を用いて説明する。装置の位置精度や、実際に取得したパターンの形状変動などにより、（Ｄ−６）〜（Ｄ−８）にて取得した複数の低フレーム画像の位置がずれている場合、位置合わせを行わないで単純に積算した場合には、測定対象とするパターンの形状がばらついてしまうことが考えられる。このばらつきを解消するために（Ｄ−９）にて再度位置合わせを行うが、位置合わせした結果の積算画像は、各画像のずれの分だけ有効範囲が狭くなってしまう（図７中段図の点線部分）。測定用に指定する測定エリアがこの有効範囲を超えてしまう場合には測定結果が不正になることが想定されるので、測定用条件を緩和するか、測定領域を変更する、等の対応が必要になるので、その旨ユーザに対してＧＵＩのエラー・ワーニングなどで告知する必要がある。
【００９７】
（Ｄ−６）にて再度位置合わせを行い、測定用画像を取得した場合、その画像が重畳されている部分のみが測定の有効範囲となるので、測定条件が有効範囲でない部分を含む場合にはユーザに対して警告を出すなどの対応を行う。
【００９８】
次に、図３（ｂ）に例示するようなパターンにて、繰り返しパターンの端を測定・検査する手法の一例を図１３に例示する。
【００９９】
図１３は、測定時のＦＯＶではホール一つしか存在せず（図１３（ａ））、その測定対象パターンが繰り返しパターンの端（一点鎖線領域に包囲されたパターン（図１３（ｂ）））に存在する場合の複数のＦＯＶ設定法を説明する図である。
【０１００】
このような場合、必ずしもＦＯＶが位置移動する際の中心である必要は無い。ＦＯＶのパターンに対して、（１）〜（８）の位置で位置ずれ量を算出する際に、（１），（２），（６）〜（８）の位置では類似パターンが存在しないことが分かる。本処理は、例えばＦＯＶ位置を参照画像、（１）などの位置を検出画像として正規化相関などで位置合わせを行った際に、その相関値が、類似パターンが存在する場合と比較して著しく低くなることなどの既知の手法にて、類似パターンが存在しているかどうかを区別することができる。
【０１０１】
そして、そのような判断を行った上で、パターンが存在すると考えられる方向を検出し、例えば位置（１１）〜（１５）を、積算用画像として選択する（図１３（ｃ））。
【０１０２】
更に、図１４に例示するように、ＦＯＶの周辺の類似パターンが、所望のフレーム枚数の画像を作成するのに不足している場合の対処法を以下に説明する。図１４（ａ）に例示するような画像を、８フレーム分，各位置での電子線照射量を１フレーム分として取得したい場合を例に採って説明する。
【０１０３】
図１４（ｂ）に例示するように、ＦＯＶ周辺の類似パターンを検索した結果、ＦＯＶを含めた類似パターン数が４箇所しか存在しない。この場合、４箇所の画像で８フレーム取得することは不可能であり、各箇所にて最低２フレームの電子線照射を行う必要がある。この場合には、エラーメッセージやワーニングなどでユーザに告知し、各箇所で２フレームのスキャンが実施されることを通知するか、或いは、周辺に類似パターンが最低８箇所存在するような場所をＦＯＶとするようにユーザに促すようにする。
【０１０４】
また、装置の位置精度などによって生ずる、測定・検査位置の位置ずれに監視店も本情報を用いて補正することが可能である。
【０１０５】
また、登録時と、実際の検出処理にて、位置がずれている場合の補正処理の例を図１５を用いて説明する。
【０１０６】
本例では、図１５（ａ）に例示するようなユニークパターンを、４フレームの画像に基づいて形成する。まず、繰り返しパターンの端（図１５（ｂ）の一点鎖線で囲まれたパターン）を基準ＦＯＶとして登録する。但し実際の測定画像は図１５（ａ）に例示するようにＦＯＶ内に一つのパターンしか存在しないので、ＦＯＶ画像では判別できない。位置合わせ用参照画像の登録処理において、図１５（ｂ）のように倍率を下げて、ＦＯＶ周囲のパターンの繰り返し状況を調べる。この場合、ＦＯＶから右回りに（１）〜（３）の位置で各１フレームずつ画像を取得して積算するような設定にする。また、このときに、図１５（ｂ）の（４）〜（８）の領域に関しても画像を取得しパターンの存在有無に関して調査しておく。
【０１０７】
位置合わせ処理を行った場合に、装置の位置移動精度、或いは検査するサンプルのばらつき等の原因により、移動後のＦＯＶの位置が、図１５（ｃ）に例示するように、所望の位置よりも１ピッチ分右にずれている（図１５（ｃ）の一点鎖線で包囲された位置）。
【０１０８】
位置合わせ用条件の登録処理の際に（４），（５）の位置にはパターンが存在していないことが分かっているが、実際に位置合わせ処理を行った場合には（４），（５）にはパターンが存在している。ここで、更に図１５（ｃ）の（９）〜（１１）の領域を調査すると、この位置にはパターンが存在しないことが分かる。同様に（６）〜（８）にもパターンが存在しないので、実際にはＦＯＶが右に１ピッチ分ずれて指定されており、実際には図１５（ｃ）の（５）の位置が測定すべきＦＯＶであることが分かる。よって、実際の測定・検査用画像としては、ＦＯＶ及び（３）〜（５）の位置の画像をそれぞれ積算することとする（本処理を実施しない場合には一点鎖線で包囲された位置＋（１）〜（３）の画像が使用され、１ピッチ隣のパターンを測定していることになる）。
【０１０９】
本補正処理により、装置の位置精度などに依存する位置合わせ時の位置ずれを補正することが可能である。その他、本処理中に取得した、各位置での低フレームでの画像を使用して測定を行うことも可能である。この場合、測定に使用した画像を保存する際に、積算した画像と関連付けて、移動した各位置での低フレームの画像も併せて取得しておく。例えば１フレームの画像を４枚取得した場合、各１フレームの画像にて測定を行った場合の平均値を測定結果の代表値とする。その他、各４枚の画像での最大・最小値や最大−最小，標準偏差・分散などの数値を計算し測定の代表値とすることにより、測定画像処理中に測定した範囲での平均的な測定結果及び、各位置でのプロセスのばらつきを計測することも可能である。
【０１１０】
上述のような各種実施例によれば、パターンの測定・検査までのシーケンス（自動焦点合わせ，位置合わせ，測定・検査）の処理の際にパターンに対して照射される電子線の量を少なくすることで、パターンに対するダメージを軽減できる。
【０１１１】
次に、上記実施例を実施するための装置，システム、及びこれらで実行されるコンピュータプログラム（或いはコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体）について、図面を用いて説明する。より具体的には、測定装置の一種である測長用走査電子顕微鏡（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope：ＣＤ−ＳＥＭ）を含む装置，システム、及びこれらで実現されるコンピュータプログラムについて説明する。
【０１１２】
また、パターンの寸法を測定する装置だけではなく、パターンの欠陥を検査する装置への適用も可能である。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の一態様として、ＳＥＭを用いた例を説明するが、これに限られることはなく、例えば試料上にイオンビームを走査して画像を形成する集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）装置を荷電粒子線装置として採用するようにしても良い。但し、微細化が進むパターンを高精度に測定するためには、極めて高い倍率が要求されるため、一般的に分解能の面でＦＩＢ装置に勝るＳＥＭを用いることが望ましい。
【０１１３】
図１６は、データ管理装置１６０１を中心として、複数のＳＥＭが接続されたシステムを例示している。特に本実施例の場合、ＳＥＭ１６０２は主に半導体露光プロセスに用いられるフォトマスクやレチクルのパターンの測定や検査を行うためのものであり、ＳＥＭ１６０３は主に、上記フォトマスク等を用いた露光によって半導体ウェハ上に転写されたパターンを測定，検査するためのものである。ＳＥＭ１６０２とＳＥＭ１６０３は、電子顕微鏡としての基本構造に大きな違いはないものの、それぞれ半導体ウェハとフォトマスクの大きさの違いや、帯電に対する耐性の違いに対応した構成となっている。
【０１１４】
各ＳＥＭ１６０２，ＳＥＭ１６０３にはそれぞれの制御装置１６０４，１６０５が接続され、ＳＥＭに必要な制御が行われる。各ＳＥＭでは、電子源より放出される電子ビームが複数段のレンズにて集束されると共に、集束された電子ビームは走査偏向器によって、試料上を一次元的、或いは二次元的に走査される。
【０１１５】
電子ビームの走査によって試料より放出される二次電子（Secondary Electron：ＳＥ）或いは後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ）は、検出器により検出され、前記走査偏向器の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。このフレームメモリに記憶されている画像信号は、制御装置１６０４，１６０５内に搭載された演算装置によって積算される。また、走査偏向器による走査は任意の大きさ，位置、及び方向について可能である。
【０１１６】
以上のような制御等は、各ＳＥＭの制御装置１６０４，１６０５にて行われ、電子ビームの走査の結果、得られた画像や信号は、通信回線１６０６，１６０７を介してデータ管理装置１６０１に送られる。なお、本例では、ＳＥＭを制御する制御装置と、ＳＥＭによって得られた信号に基づいて測定を行うデータ管理装置を別体のものとして、説明しているが、これに限られることはなく、データ管理装置にて装置の制御と測定処理を一括して行うようにしても良いし、各制御装置にて、ＳＥＭの制御と測定処理を併せて行うようにしても良い。
【０１１７】
また、上記データ管理装置或いは制御装置には、測定処理を実行するためのプログラムが記憶されており、当該プログラムに従って測定、或いは演算が行われる。更にデザインデータ管理装置には、半導体製造工程に用いられるフォトマスク（以下単にマスクと称することもある）やウェハの設計データが記憶されている。この設計データは例えばＧＤＳフォーマットやＯＡＳＩＳフォーマットなどで表現されており、所定の形式にて記憶されている。なお、設計データは、設計データを表示するソフトウェアがそのフォーマット形式を表示でき、図形データとして取り扱うことができれば、その種類は問わない。また、データ管理装置とは別に設けられた記憶媒体にデザインデータを記憶させておいても良い。
【０１１８】
また、データ管理装置１６０１は、ＳＥＭの動作を制御するプログラム（レシピ）を、半導体の設計データに基づいて作成する機能が備えられており、レシピ設定部として機能する。具体的には、設計データ，パターンの輪郭線データ、或いはシミュレーションが施された設計データ上で所望の測定点，オートフォーカス，オートスティグマ，アドレッシング点等のＳＥＭにとって必要な処理を行うための位置等を設定し、当該設定に基づいて、ＳＥＭの試料ステージや偏向器等を自動制御するためのプログラムを作成する。なお、テンプレートと呼ばれる参照画像を用いたテンプレートマッチング法は、所望の個所を探索するためのサーチエリアの中で、テンプレートを移動させ、当該サーチエリアの中で、テンプレートとの一致度が最も高い、或いは一致度が所定値以上となった個所を特定する手法である。制御装置１６０４，１６０５は、レシピの登録情報の１つであるテンプレートに基づくパターンマッチングを実行する。
【０１１９】
なお、データ管理装置１６０１に、ヘリウムイオンや液体金属イオン等を試料に照射する集束イオンビーム装置を接続するようにしても良い。また、データ管理装置１６０１に、設計データに基づいて、パターンのできばえをシミュレーションするシミュレーター１６０８を接続し、シミュレーターによって得られるシミュレーション画像をＧＤＳ化し、設計データの代わりに用いるようにしても良い。
【０１２０】
図１７は、走査電子顕微鏡の概略構成図である。電子源１７０１から引出電極１７０２によって引き出され、図示しない加速電極によって加速された電子ビーム１７０３は、集束レンズの一形態であるコンデンサレンズ１７０４によって、絞られた後に、走査偏向器１７０５により、試料１７０９上を一次元的、或いは二次元的に走査される。電子ビーム１７０３は試料台１７０８に内蔵された電極に印加された負電圧により減速されると共に、対物レンズ１７０６のレンズ作用によって集束されて試料１７０９上に照射される。
【０１２１】
電子ビーム１７０３が試料１７０９に照射されると、当該照射個所から二次電子、及び後方散乱電子のような電子１７１０が放出される。放出された電子１７１０は、試料に印加される負電圧に基づく加速作用によって、電子源方向に加速され、変換電極１７１２に衝突し、二次電子１７１１を生じさせる。変換電極１７１２から放出された二次電子１７１１は、検出器１７１３によって捕捉され、捕捉された二次電子量によって、検出器１７１３の出力Ｉが変化する。この出力Ｉに応じて図示しない表示装置の輝度が変化する。例えば二次元像を形成する場合には、走査偏向器１７０５への偏向信号と、検出器１７１３の出力Ｉとの同期をとることで、走査領域の画像を形成する。また、図１７に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査領域を移動する偏向器（図示せず）が備えられている。この偏向器は異なる位置に存在する同一形状のパターンの画像等を形成するために用いられる。この偏向器はイメージシフト偏向器とも呼ばれ、試料ステージによる試料移動等を行うことなく、ＦＯＶ位置の移動を可能とする。本実施例においては、複数の繰り返しパターン等にＦＯＶを位置付けるために用いられる。また、イメージシフト偏向器と走査偏向器を共通の偏向器とし、イメージシフト用の信号と走査用の信号を重畳して、偏向器に供給するようにしても良い。走査用の偏向器は、表示装置上の正方形状のＳＥＭ画像の表示領域（図示せず）に表示する画像のＸ方向、及びＹ方向の倍率を同じにすべく、走査領域のＸ方向とＹ方向の長さが一定になるように、電子ビームを走査する。なお、表示領域の縦横比が一定でない場合は、当該縦横比に応じて走査領域のＸ方向とＹ方向の長さを設定すれば、常にＸ方向とＹ方向の倍率を一定にすることができる。
【０１２２】
なお、図１７の例では試料から放出された電子を変換電極にて一端変換して検出する例について説明しているが、無論このような構成に限られることはなく、例えば加速された電子の軌道上に、電子倍像管や検出器の検出面を配置するような構成とすることも可能である。
【０１２３】
制御装置１６０４は、走査電子顕微鏡の各構成を制御すると共に、検出された電子に基づいて画像を形成する機能や、ラインプロファイルと呼ばれる検出電子の強度分布に基づいて、試料上に形成されたパターンのパターン幅を測定する機能を備えている。更に、制御装置１６０４には、図示しないフレームメモリが内蔵されており、当該フレームメモリは、一次元、或いは二次元走査単位で取得された画像等の信号を、１走査単位で記憶する。更に制御装置１６０４は、フレーム単位で取得された画像等の信号を積算する演算装置を備えている。本実施例では、制御装置１６０４を、画像等の積算を行う信号処理装置としているが、これに限られることはなく、例えば、データ管理装置１６０１にフレームメモリや、画像等の積算用の演算装置を設け、信号処理装置とするようにしても良い。即ち、信号処理装置は、走査電子顕微鏡とネットワーク等で接続された記憶媒体、及び演算装置で代用することができる。
【０１２４】
図１８は、データ管理装置１６０１に接続された表示装置上に表示されるレシピ作成時の装置条件設定画面（ＧＵＩ）の一例を説明する図である。図１８に例示するＧＵＩは、半導体デバイスの設計データであるレイアウトデータ上で、積算に供される複数のＦＯＶ位置を設定するためのものである。当該ＧＵＩ上にて設定した試料上の位置情報（座標情報）等に基づいて、データ管理装置１６０１は、設計データから、その設定位置等に相当するデータを読み出し、その部分のレイアウト情報を画面上に表示する。
【０１２５】
また、ここでは積算に要する画像信号（フレーム数）や、ＦＯＶの範囲（大きさ），１ＦＯＶ内に含まれるパターンの数，積算に供するフレーム間の距離（上限値、或いは下限値の設定でも可）等の入力が可能となっている。また、ＦＯＶの大きさ（或いはＦＯＶ内に含まれるパターンの数）は図示しないポインティングデバイス等によるレイアウトデータ上での範囲指定に基づくものであっても、数値的な入力に基づくものであっても良い。このＧＵＩ上でいくつかの条件を設定することによって、他の条件を自動決定、或いは上述のようなエラーメッセージを発するようなプログラムがデータ管理装置１６０１に登録されている。
【０１２６】
具体的には、必要なフレーム数と、ＦＯＶの大きさを設定することによって、そのような設定が可能かどうかの判定を行うことができる。ＦＯＶの設定によって、対象となるパターンと、その中に含まれるパターンの数が特定されるため、その情報を設計データに参照することによって、そのような設定が可能かどうかの判定を行う。設計データには、特定されたパターンの数や配置条件が予め記憶されているため、例えば設定したＦＯＶ内のパターンがＦＯＶ内のパターンを含め４９個存在することが判り、且つＦＯＶ内に４個のパターンを含ませるように設定すると、図１８の例によれば、４つのフレーム数の設定が可能である。即ち、図１８のＧＵＩ上で設定された１６枚のフレーム数を取得することができないため、その場合に、エラーメッセージを発したり、１つのＦＯＶの必要なフレーム数を表示（本例の場合、４フレーム）をする。このような判断を行うプログラムを用意することによって、レシピ作成時の負担を軽減しつつ、試料のシュリンクの発生やコンタミネーションの付着を抑制し得るレシピ作成が可能となる。
【０１２７】
図１９は、レシピ作成プロセスの一例を説明するフローチャートである。先ず、画像形成条件（ＦＯＶの位置やフレーム数等、図１８に例示したＧＵＩ上で設定可能な項目であって、必要なもの）を指定し、当該指定された座標情報等に基づいて、設計データが記憶された記憶媒体から、当該部分に相当する設計データを読み出す。読み出された設計データをデータ管理装置１６０１等に接続されている表示装置に表示させ、当該レイアウトデータ上でＦＯＶの大きさや倍率，正確な位置等を設定する。
【０１２８】
この段階で、基準ＦＯＶに対し、積算対象となるＦＯＶがいくつ存在するかの演算が可能であるため、候補が設定値以上に多く存在するのであれば、その中から所望の積算候補を選択し、基準ＦＯＶに対し、指定した積算候補が所望数得られないような場合には、画像形成条件やＦＯＶの大きさ等を再設定する。
【０１２９】
以上のような工程を経て決定された条件をレシピ登録する。このような工程を経て複数のＦＯＶを設定することによって、シュリンク等の発生を抑制する画像形成条件を簡易に決定することが可能となる。
【０１３０】
図２０は、レシピ作成プロセスの他の例を示すフローチャートであり、図２１は図２０のフローチャートに従ってレシピを作成するための設定用ＧＵＩの一例を示す図である。本例では設計データ上で所望の画像取得位置を設定するために、パターンの識別名称（Pattern Name）或いは座標（Address）の入力を行う例について説明するが、これに限られることはなく、画像取得位置が特定可能であれば、他の設定法を適用するようにしても良い。また、パターンの選択は、１つのみ行い、当該選択されたパターンと同じ形状のパターンを自動選択するようにしても良いし、２以上のパターンを選択し、当該選択されたパターンと同形状のパターンであって、選択された２つのパターン間の間隔毎に、後に指定する数だけパターンを選択するようにしても良い。ステップ２００１では、指定された条件に基づいて、設計データ上で画像取得位置（取得対象のパターン）を選択する。
【０１３１】
次に、ステップ２００２にて、走査電子顕微鏡の光学条件（例えば、視野の大きさ（FOV size），取得すべきフレーム数（Num of Frames），１つのパターン位置における許容フレーム数（Frame/Position），ビーム電流（Beam Current），ビームの試料への到達エネルギー（Landing Energy）等）を設定する。
【０１３２】
以上のような設定に基づいて、設定画面２１０１内に表示されるレイアウトデータ上で、設定された視野の大きさ、及びフレーム数に基づいて、取得すべき視野候補２１０２を自動配列する。複数の視野候補の配列は、所定のルールに従って行われるものとし、例えば、上述のように、１のパターンを選択し、当該パターンと同じ形状を持つパターンの設定されたフレーム数分、抽出することが考えられる。設計データには、パターンの形状情報が登録されているため、当該情報に基づいて、上記設定を行うようにすると良い。
【０１３３】
次に、ステップ２００３にて、隣接するＦＯＶの一部が重畳していないかの判定を行う。先に説明したように、ＦＯＶが重畳していると、その重畳部分にはビームが複数回照射されることになるため、パターンのシュリンク等を抑制するためにはこのような重畳領域を設けないことが望ましい。本例は、操作者が希望し、且つシュリンクの抑制が可能となる走査電子顕微鏡の装置条件設定を容易に実現し得るレシピ作成法に関するものである。
【０１３４】
ステップ２００３にて重畳領域が存在すると判定された場合には、ＦＯＶ位置の再設定を行う（ステップ２００４）。再設定は、所定のルールに基づいて、視野位置を変更することによって行われる。例えば、同じ形状のパターン間の距離がｄである場合、ＦＯＶ間の間隔が２ｄとなるように、ＦＯＶの位置を変更することが考えられる。即ち、パターンを１つ飛ばしてＦＯＶ位置を設定することによって、ＦＯＶ同士が重畳しないように調整する。
【０１３５】
次に、再設定された視野位置にパターンが存在するか否かの判定を行う（ステップ２００５）。ステップ２００４にてＦＯＶ間の間隔を２倍にするような調整を行うと、例えば、図２１に例示するように、ホールパターンの配列の端部を基準とすると、ＦＯＶがパターンのない位置に位置づけられる可能性がある。よって、ステップ２００５では再設定されたＦＯＶ位置と設計データとを比較し、各設定位置にもれなくパターンが含まれているか否かの判定を行う。このような判定によって、あるＦＯＶ位置にパターンが含まれていないと判断された場合には、設計データに基づいて視野位置の再々設定を行う（ステップ２００６）。この場合、指定パターンと同じ形状を持つパターンとしてカテゴライズされたパターン位置に、ＦＯＶ位置を設定する。なお、ステップ２００３の次にステップ２００６が来るようにしても良い。
【０１３６】
次に、ステップ２００７では、以上のような処理に基づいて、指定フレーム数分、視野の設定ができたか否かの判定を行い、それができなかった場合に、装置条件の見直しを示唆する表示等を、メッセージ欄に表示するようにする（ステップ２００８）。
【０１３７】
設定ができない場合とは、ＦＯＶの大きさが大きすぎる場合や、もともとの設定フレーム数がパターンより多い場合等が考えられるので、操作者はそのようなメッセージに基づいて、装置条件を調整することができる。
【０１３８】
以上のような工程を経て、適当な条件の探索ができた場合に、当該条件を自動測定条件としてレシピとして設定する（ステップ２００９）。
【０１３９】
図２０に例示するような処理を演算装置に実行させるコンピュータプログラム等によれば、操作者が意図する走査電子顕微鏡の装置条件と、シュリンク低減可能な装置条件とのバランスを考慮しつつ、装置条件設定を行うことが可能となる。
【０１４０】
次に、レシピに従って、パターンの測定を行う走査電子顕微鏡の処理プロセスを、図２２に例示するフローチャートに沿って説明する。まず、装置を稼動（ステップ２２０１）させた後、試料上の設定位置に視野を位置づけるよう走査電子顕微鏡のステージや偏向器を制御する（ステップ２２０２）。このステップ２２０２と２２０３を、必要なフレーム数分繰り返して実行（ステップ２２０４）し、必要なフレーム数分の画像データが取得できた場合に、各ＦＯＶにて画像データが適正に取得されたか否かの判定を行う（ステップ２２０５，２２０６）。
【０１４１】
各位置にて画像データが取得できたか否かの判定は、取得された信号が所定の条件を満たすか否かの判断に基づいて行うようにする。例えば、視野の中に所定のパターンが含まれている場合には、上記条件を満たすと判断する。
【０１４２】
次に、１以上のＦＯＶ位置で、パターンデータが得られなかったと判断された場合には、新たな視野に移動して、画像を取得するための処理を行う。具体的には、先ず、取得されたパターンの配列の判定を行う。より具体的に説明すると、例えばＸ方向に５つ、Ｙ方向に５つのマトリクス状に配列された視野の画像を取得する場合に、５×５の左側一列に画像データが含まれていなかったとすると、５×５のＦＯＶの配列は、左側にパターン列一列分、ずれていると予想される。よって、ステップ２２０７にて、パターンの配列を判断し、当該判断に基づいて、新たな視野を設定すると良い（ステップ２２０９）。本例の場合、左側にパターン列一列分、パターン配列がずれていると判断できることから、逆にパターン配列の右側に本来取得すべきであったパターンが存在していることが判る。よって、その位置に視野を移動させ、画像を取得する。本例の場合、新たなＦＯＶ位置情報と、パターンの配列との関係を予め登録しておき、当該登録情報に基づいて、新たなＦＯＶへ視野移動するようにすると良い。
【０１４３】
なお、パターンの配列が複雑な場合等には、設計データも参照することによって、視野ずれ量や方向を特定するようにしても良い（ステップ２２０８）。以上のようにして、所定数画像データが取得できたと判断された場合には、取得画像を積算し、積算画像を形成する（ステップ２０１１）。以上のような工程を経てもなお、画像データが取得できない場合には、大きく座標がずれている等の理由が考えられるため、エラー情報を発生することによって、装置の早期復旧を促すようにする（ステップ２０１２）。
【０１４４】
図２２に例示するような処理を演算装置に実行させるコンピュータプログラム等によれば、シュリンクの影響を抑制し得る条件にて画像を取得する際の自動化率を向上することが可能となる。
【符号の説明】
【０１４５】
１６０１  データ管理装置
１６０２，１６０３  ＳＥＭ
１６０４，１６０５，１６１０  制御装置
１６０６，１６０７  通信回線
１６０８  シミュレーター
１７０１  電子源
１７０２  引出電極
１７０３  電子ビーム
１７０４  コンデンサレンズ
１７０５  走査偏向器
１７０６  対物レンズ
１７０７  試料室
１７０８  試料台
１７０９  試料
１７１０  電子
１７１１  二次電子
１７１２  変換電極
１７１３  検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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